ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Жидкости при нагревании расширяются более существенно, чем твердые тела. Ацетон имеет очень большое тепловое расширение, вода и ртуть в жидком состо­янии имеют маленькое тепловое расширение.

Каждое тело при охлаждении сжимается, исключение из правила составля­ет вода (аномалия воды). Хоть при охлаждении до +4°С вода и уменьшает свой объем, однако при дальнейшем охлаждении от +4 до 0°С снова увеличивает объем. Поэтому вода при +4°С имеет самую большую плотность. Увеличение объема льда — это причина того, что лед плавает в воде, а замерзшие водопрово­ды лопаются.

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ

Газы при нагревании расширяются намного сильнее, чем жидкости. Их расши­рение при повышении температуры на ГС составляет 1/273 их объема при 0°С. Например, если воздух в пространстве нагревается, то он расширяется. Его плот­ность по сравнению с ненагретым воздухом меньше, поэтому нагретый воздух поднимается вверх.

Газы, которые находятся в закрытой емкости, например в бутылке, при нагревании не могут расширяться. Давление газа увеличивается, что может привести к разрыву емкости.

ПЛАВЛЕНИЕ И КИПЕНИЕ

Вещества встречаются в трех различных состояниях — твердом, жидком и газооб­разном, которые можно назвать агрегатными состояниями. Преобразование из одного состояния в другое происходит при определенной температуре (рис. 14.90).

Твердое вещество становится жидким, если молекулы благодаря притоку тепла начинают двигаться так интенсивно, что теряют привязку к определенному мес­ту внутри структуры. Температура, при которой это происходит, называется точ­кой плавления или температурой плавления (табл. 14.20).

Чтобы перевести 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое, необходимо определенное количество теплоты, так называемая теплота плавления. Она со­ставляет, например, для воды 335 кДж/кг.

Точка плавления

Теплота плавления

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Точка

конденсации

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Приток тепла Плавление

Теплота испарения

Отвод тепла

Затвердевание

Точка

затвердевания

Точка кипения

Конденсация

Отвод тепла

Приток тепла Кипение

Таблица 14.20. Температура плавления и затвердевания веществ

Вещество

°С

Хром

1900

Сталь

1450… 1530

Никель

1450

Чугун

1150…1250

Медь

1070… 1093

Алюминий

658

Цинк

419

Свинец

327

Вода

0

Ртуть

-39

Азот

-210

Кислород

-227

Таблица 14.21

Температура

кипения при давлении 1013 мбар

Вещество

°С

Водород

-253

Кислород

-196

Азот

-183

Спирт

78,4

Ацетон

57

Вода

100

Ртуть

357

Свинец

1525

Газообразное

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Кипение

Рис. 14.91. Кипение

При возрастающем нагревании жидкости теп­ловое движение молекул усиливается так, что силы их взаимного притяжения окончательно исчезают, и жидкость становится газообразной. Этот процесс называют испарением (рис. 14.91). При этой тем­пературе жидкость достигает точки кипения или температуры кипения (табл. 14.21). То количество теплоты, которое может привести к преобразова­нию 1 кг жидкости из жидкого в газообразное со­стояние, называют теплотой испарения. Оно состав­ляет, например, для воды 2250 кДж/кг.

КОНДЕНСАЦИЯ И ЗАТВЕРДЕВАНИЕ

Если газообразное тело лишается тепла, например водяной пар, то при соответствующей температу­ре оно конденсируется в жидкость, например воду. Эту температуру можно назвать точкой конденса­ции или точкой росы, при этом выделяется тепло в виде теплоты конденсации. Теплота конденсации равна теплоте испарения. В строительстве прежде всего должны обращать внимание на конденсацию водяного пара на внутренних поверхностях наруж­ных стен и внутри строительных конструкций. Влажность в зданиях ведет к нанесению ущерба со­оружениям и уменьшению теплоизоляции.

Если жидкость охлаждается, то она застывает. Температуру, при которой это происходит, назы­вают точкой затвердевания (рис. 14.90), для воды это точка замерзания или точка таяния льда.

Точка плавления и точка затвердевания совпа­дают. Выделяемое при затвердевании количество теплоты равно количеству теплоты, поглощаемо­му при плавлении.

В то время как все затвердевающие вещества сжимаются, вода при замерзании расширяется. Пористые строительные материалы, поры которых заполняются водой, могут разрушаться морозом из-за распорного эффекта льда.

ИСПАРЕНИЕ

Жидкости могут испаряться также до достижения своей температуры кипения, од­нако лишь на своей поверхности. Этот процесс называют испарением (рис. 14.92). Испарение происходит тем быстрее, чем суше и подвижнее окружающий воздух и чем ближе температура жидкости лежит к точке испарения. Поэтому при комнат­ной температуре жидкость испаряется тем быстрее, чем ниже лежит ее точка испа-

рения. Например, при комнатной температуре дос­таточно быстро испаряются спирт, нитрораствори­тели и бензин.

Газообразное

При испарении молекулы вылетают с поверхно­сти жидкости и поглощаются воздухом (рис. 14.92).

Испарение

Рис. 14.92. Испарение

Относительная влажность воздуха

«,0*

і?*

Too1*-

#0

!

|

I

1

О 5 9,4 10 15 17,3 20

Содержание водяных паров, г/м3

Рис. 14.93. Содержание водя­ных паров в воздухе в зависи­мости от относительной влаж­ности воздуха и температуры воздуха

Необходимую для этого кинетическую энергию они заимствуют у жидкости в виде тепловой энер­гии. Связанное с этим падение температуры назы­вают холодом испарения. Процесс испарения при увеличении площади поверхности жидкости уско­ряется, например, благодаря разрезанию древеси­ны для сушки.

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

Воздух имеет способность поглощать водяные пары. Содержащее в 1 м3 воздуха количество водя­ного пара в граммах называют абсолютной влаж­ностью воздуха.

Способность воздуха поглощать водяные пары зависит от температуры воздуха. Воздух с высокой температурой накапливает больше жидкости, чем воздух с низкой температурой. Так называемая максимальная влажность воздуха в г/м3 достигает­ся тогда, когда воздух больше не поглощает жид­кость. В этом состоянии воздух насыщен. Так, на­пример, 1 м3 воздуха при температуре 20°С накап­ливает максимально 17,3 г водяного пара, а при температуре 10°С насыщение на­ступает при содержании водяного пара 9,4 г/м3. Максимальное количество водяного пара, которое воздух может впитать при различных температурах, пока­зывают кривые насыщения (рис. 14.93).

Как правило, воздух содержит не максимально возможное количество влаги, то есть 100%, а меньше. Эта влажность воздуха выражается в процентах как отно­шение абсолютной влажности к максимальной влажности и называется относи­тельной влажностью воздуха.

_ п/ абсолютная влажность воздуха-100%

Относительная влажность воздуха, %=——————————————————- — .

максимальная влажность воздуха

Пример: 1 м3 воздуха при температуре 20°С имеет абсолютную влажность, со­ответствующую 10,4 г водяных паров, тогда при максимальной влажности возду­ха 17,3 г/м3 составляет

Относительная влажность воздуха = ^>4 г/м =60%.

17,3 г/м3

Воздух с относительной влажностью 60% может поглощать больше водяных паров, чем воздух с относительной влажностью 70%.

14.2.11.6. Источник тепла

Таблица 14.22. Теплота сгора­ния топлива

Топливо

Коли­

чество

кДж

Кокс

1 кг

28596

Брикетирован-

1 кг

20097

ныи древесный

уголь

Дрова

1 кг

14654

Мазут легкий

1 л

37153

Мазут тяжелый

1 л

39062

Городской газ

1 м3

15994

Природный газ

1 м3

31736

Важнейшим источником тепла на Земле является Солнце. Оно передает тепло посредством излуче­ния, при вертикальном падении солнечные лучи дают около 80 кДж/м2-мин. Другим источником тепла на Земле является твердое, жидкое и газооб­разное топливо. Как правило, топливо имеет рас­тительное или животное происхождение и при сжигании отдает тепло.

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Рис. 14.94. Теплопередача излу­чением

При сгорании 1 кг топлива выделяется коли­чество теплоты, обозначаемое как теплота сгорания вещества. Теплота сгорания топлива различна (табл. 14.22).

Возрастающее значение получает производство тепла благодаря атомной и солнечной энергии. Теп­ловая энергия может вырабатываться также благо­даря преобразованию других видов энергии, напри­мер из электрической энергии.

14.2.11.7. Теплопередача

Каждое тело, которое теплее окружающей среды, является для этой среды источником тепла. Пере­дача тепла происходит благодаря тепловому излу­чению, теплоотведению (конвекции) или тепло­проводности.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Тепловые лучи ведут себя так же, как лучи света. Они переносят тепловую энергию как излучение, также через вакуумное пространство, и отдают эту энергию при стол­кновении первому же телу (рис. 14.94). При этом энергия излучения превращается в тепловое движение молекул. Способность поглощать тепловое излучение для раз­личных тел зависит в основном от качества поверхности. Тело с темной и шерша­вой поверхностью поглощает большую часть падающего теплового излучения и бла­годаря этому сильнее нагревается, чем светлые и гладкие тела, которые отражают значительную часть падающего излучения. В качестве примера можно привести поглощение тепла черной крышей автомобиля или дома или черной одеждой при падении на нее солнечных лучей. Наоборот, темные тела излучают тепло быстрее, чем светлые, например батарея. В технике тепловое излучение применяется, на­пример, для отопления помещения, отверждения клеев и лаков.

КОНВЕКЦИЯ

В противоположность тепловому излучению конвекция возможна только в газах и жидкостях. Если эти газы, например воздух, или жидкость, например вода, на­греваются в системе отопления, то они расширяются. Благодаря своей более низ­

кой плотности они легче и поднимаются вверх, в то время как холодные и тяжелые газы или жидко­сти поступают на их место. Образуется газовой по­ток или круговорот жидкости, который отводит тепло из источника тепла и вновь отдает менее на­гретому материалу или веществу, как кирпичная кладка, бетон, воздух и т. д. Примером является циркуляция воздуха в радиаторах и гравитацион­ная система отопления теплой водой (рис. 14.95).

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Рис. 14.95. Теплопередача кон­векцией

Рис. 14.96. Теплопроводность (схематическое изображение)

Отдача Приток

тепловой энергии тепловой энергии

Пространство движения атома в твердых веществах

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

Конвекция происходит также на поверхностях строительных конструкций или в воздушной про­слойке с ограничивающими поверхностями раз­личной температуры, например в оконных стекло­пакетах.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

При теплопроводности выравнивание температу­ры происходит благодаря передаче тепла в веще­стве от молекулы к молекуле, без обмена молекул местами. Тепло передается как энергия колебаний от расположенных ближе к источнику тепла мо­лекул, которые колеблются интенсивно, к сосед­ним молекулам, которые колеблются слабее, благодаря процессам столкнове­ния (рис. 14.96).

Хорошим проводником тепла являются твердые вещества с высокой плотно­стью, особенно металлы. Плохими проводниками тепла являются древесина, ис­кусственные материалы, пористые строительные материалы. Также жидкости и особенно газы плохо проводят тепло в том случае, когда конвекция ограничена.

Теплопроводность веществ тем меньше,

— чем меньше их плотность,

— чем пористее вещество,

— чем меньше поры,

ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ

— чем ниже их влажность.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий



elitnamebel.ru